Eletrólito - Electrolyte

Um eletrólito é uma substância que produz uma solução eletricamente condutora quando dissolvida em um solvente polar , como a água. O eletrólito dissolvido se separa em cátions e ânions , que se dispersam uniformemente através do solvente. Eletricamente, essa solução é neutra. Se um potencial elétrico é aplicado a tal solução, os cátions da solução são atraídos para o eletrodo que tem uma abundância de elétrons , enquanto os ânions são atraídos para o eletrodo que tem um déficit de elétrons. O movimento de ânions e cátions em direções opostas dentro da solução equivale a uma corrente. Isso inclui a maioria dos sais , ácidos e bases solúveis . Alguns gases, como o cloreto de hidrogênio (HCl), em condições de alta temperatura ou baixa pressão também podem funcionar como eletrólitos. As soluções de eletrólitos também podem resultar da dissolução de alguns polímeros biológicos (por exemplo, DNA , polipeptídeos ) e sintéticos (por exemplo, sulfonato de poliestireno ), denominados " polieletrólitos ", que contêm grupos funcionais carregados . Uma substância que se dissocia em íons em solução adquire a capacidade de conduzir eletricidade. Sódio , potássio , cloreto , cálcio , magnésio e fosfato são exemplos de eletrólitos.

Na medicina, a reposição de eletrólitos é necessária quando uma pessoa apresenta vômitos ou diarreia prolongados e em resposta a atividades atléticas extenuantes. Soluções eletrolíticas comerciais estão disponíveis, especialmente para crianças doentes (como solução de reidratação oral , Suero Oral ou Pedialyte ) e atletas ( bebidas esportivas ). O monitoramento eletrolítico é importante no tratamento da anorexia e bulimia .

Etimologia

A palavra eletrólito deriva do grego antigo ήλεκτρο- ( ēlectro -), prefixo relacionado à eletricidade, e λυτός ( litos ), que significa "capaz de ser desamarrado ou solto".

História

Svante Arrhenius , pai do conceito de dissociação de eletrólitos em solução aquosa, pelo qual recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1903.

Em sua dissertação de 1884, Svante Arrhenius apresentou sua explicação de sais cristalinos sólidos se dissociando em partículas carregadas emparelhadas quando dissolvidos, pelo que ganhou o Prêmio Nobel de Química em 1903. A explicação de Arrhenius era que, ao formar uma solução, o sal se dissocia em partículas carregadas, às quais Michael Faraday (1791-1867) havia dado o nome de " íons " muitos anos antes. A crença de Faraday era que íons eram produzidos no processo de eletrólise . Arrhenius propôs que, mesmo na ausência de uma corrente elétrica, as soluções de sais continham íons. Ele então propôs que as reações químicas em solução eram reações entre íons.

Formação

As soluções eletrolíticas são normalmente formadas quando o sal é colocado em um solvente como a água e os componentes individuais se dissociam devido às interações termodinâmicas entre o solvente e as moléculas de soluto, em um processo denominado " solvatação ". Por exemplo, quando o sal de cozinha ( cloreto de sódio ), NaCl, é colocado em água, o sal (um sólido) se dissolve em seus íons componentes, de acordo com a reação de dissociação

NaCl (s) → Na + (aq) + Cl - (aq)

Também é possível que as substâncias reajam com a água, produzindo íons. Por exemplo, o gás dióxido de carbono se dissolve na água para produzir uma solução que contém íons hidrônio , carbonato e hidrogenocarbonato .

Os sais fundidos também podem ser eletrólitos como, por exemplo, quando o cloreto de sódio é fundido, o líquido conduz eletricidade. Em particular, os líquidos iônicos, que são sais fundidos com pontos de fusão abaixo de 100 ° C, são um tipo de eletrólitos não aquosos altamente condutores e, portanto, têm encontrado cada vez mais aplicações em células de combustível e baterias.

Um eletrólito em uma solução pode ser descrito como "concentrado" se tiver uma alta concentração de íons ou "diluído" se tiver uma concentração baixa. Se uma alta proporção do soluto se dissociar para formar íons livres, o eletrólito é forte; se a maior parte do soluto não se dissociar, o eletrólito é fraco. As propriedades dos eletrólitos podem ser exploradas usando eletrólise para extrair os elementos constituintes e os compostos contidos na solução.

Os metais alcalino-terrosos formam hidróxidos que são eletrólitos fortes com solubilidade limitada em água, devido à forte atração entre seus íons constituintes. Isso limita sua aplicação a situações onde é necessária alta solubilidade.

Em 2021, os pesquisadores descobriram que o eletrólito pode "facilitar substancialmente os estudos de corrosão eletroquímica em meios menos condutores".

Importância fisiológica

Na fisiologia , os íons primários de eletrólitos são sódio (Na + ), potássio (K + ), cálcio (Ca 2+ ), magnésio (Mg 2+ ), cloreto (Cl - ), fosfato de hidrogênio (HPO 4 2− ), e hidrogenocarbonato (HCO 3 - ). Os símbolos de carga elétrica de mais (+) e menos (-) indicam que a substância é de natureza iônica e tem uma distribuição desequilibrada de elétrons, o resultado da dissociação química . O sódio é o principal eletrólito encontrado no fluido extracelular e o potássio é o principal eletrólito intracelular; ambos estão envolvidos no equilíbrio de fluidos e no controle da pressão arterial .

Todas as formas de vida multicelulares conhecidas requerem um equilíbrio sutil e complexo de eletrólitos entre os ambientes intracelular e extracelular . Em particular, a manutenção de gradientes osmóticos precisos de eletrólitos é importante. Esses gradientes afetam e regulam a hidratação do corpo, bem como o pH do sangue , e são essenciais para a função nervosa e muscular . Existem vários mecanismos nas espécies vivas que mantêm as concentrações de diferentes eletrólitos sob rígido controle.

Tanto o tecido muscular quanto os neurônios são considerados tecidos elétricos do corpo. Os músculos e neurônios são ativados pela atividade eletrolítica entre o fluido extracelular ou fluido intersticial e o fluido intracelular . Os eletrólitos podem entrar ou sair da membrana celular através de estruturas de proteínas especializadas embutidas na membrana plasmática chamadas de " canais iônicos ". Por exemplo, a contração muscular depende da presença de cálcio (Ca 2+ ), sódio (Na + ) e potássio (K + ). Sem níveis suficientes desses eletrólitos principais, podem ocorrer fraqueza muscular ou contrações musculares graves.

O equilíbrio eletrolítico é mantido pela ingestão oral ou, em emergências, intravenosa (IV) de substâncias contendo eletrólitos, e é regulado por hormônios , em geral com os rins liberando níveis excessivos. Em humanos, a homeostase eletrolítica é regulada por hormônios como os hormônios antidiuréticos , aldosterona e hormônios da paratireóide . Graves distúrbios eletrolíticos , como desidratação e hidratação excessiva , pode levar a complicações cardíacas e neurológicas e, a menos que eles sejam resolvidos rapidamente, irá resultar em uma emergência médica .

Medição

A medição de eletrólitos é um procedimento diagnóstico comumente realizado, por meio de exames de sangue com eletrodos seletivos de íons ou urinálise por técnicos médicos . A interpretação desses valores é algo sem sentido sem a análise da história clínica e muitas vezes é impossível sem medições paralelas da função renal . Os eletrólitos medidos com mais frequência são sódio e potássio. Os níveis de cloreto raramente são medidos, exceto para interpretações da gasometria arterial, uma vez que estão inerentemente ligados aos níveis de sódio. Um teste importante realizado na urina é o teste de gravidade específica para determinar a ocorrência de um desequilíbrio eletrolítico .

Reidratação

Na terapia de reidratação oral , as bebidas eletrolíticas contendo sais de sódio e potássio reabastecem as concentrações de água e eletrólitos do corpo após a desidratação causada por exercícios , consumo excessivo de álcool , sudorese excessiva , diarréia, vômito, intoxicação ou fome. Atletas que se exercitam em condições extremas (por três ou mais horas continuamente, por exemplo, uma maratona ou triatlo ) que não consomem eletrólitos correm o risco de desidratação (ou hiponatremia ).

Uma bebida eletrolítica caseira pode ser feita usando água, açúcar e sal em proporções precisas . É importante incluir glicose (açúcar) para utilizar o mecanismo de co-transporte de sódio e glicose. Preparações comerciais também estão disponíveis para uso humano e veterinário.

Os eletrólitos são comumente encontrados em sucos de frutas , bebidas esportivas, leite, nozes e muitas frutas e vegetais (inteiros ou em forma de suco) (por exemplo, batatas, abacates ).

Eletroquímica

Quando os eletrodos são colocados em um eletrólito e uma voltagem é aplicada, o eletrólito conduz eletricidade. Elétrons isolados normalmente não conseguem passar pelo eletrólito; em vez disso, uma reação química ocorre no cátodo , fornecendo elétrons ao eletrólito. Outra reação ocorre no ânodo , consumindo elétrons do eletrólito. Como resultado, uma nuvem de carga negativa se desenvolve no eletrólito ao redor do cátodo e uma carga positiva se desenvolve ao redor do ânodo. Os íons no eletrólito neutralizam essas cargas, permitindo que os elétrons continuem fluindo e as reações continuem.

Célula eletrolítica produzindo cloro (Cl 2 ) e hidróxido de sódio (NaOH) a partir de uma solução de sal comum.

Por exemplo, em uma solução de sal de cozinha comum (cloreto de sódio, NaCl) em água, a reação catódica será

2 H 2 O + 2e - → 2 OH - + H 2

e o gás hidrogênio borbulhará; a reação do ânodo é

2 NaCl → 2 Na + + Cl 2 + 2e -

e o cloro gasoso será liberado na solução onde reage com os íons sódio e hidroxila para produzir hipoclorito de sódio - alvejante doméstico . Os íons de sódio carregados positivamente Na + irão reagir em direção ao cátodo, neutralizando a carga negativa de OH - lá, e os íons de hidróxido carregados negativamente OH - irão reagir em direção ao ânodo, neutralizando a carga positiva de Na + lá. Sem os íons do eletrólito, as cargas ao redor do eletrodo reduziriam o fluxo contínuo de elétrons; a difusão de H + e OH - através da água para o outro eletrodo leva mais tempo do que o movimento dos íons de sal muito mais prevalentes. Os eletrólitos se dissociam na água porque as moléculas de água são dipolos e os dipolos se orientam de maneira energeticamente favorável para solvatar os íons.

Em outros sistemas, as reações do eletrodo podem envolver os metais dos eletrodos, bem como os íons do eletrólito.

Condutores eletrolíticos são usados ​​em dispositivos eletrônicos onde a reação química em uma interface metal-eletrólito produz efeitos úteis.

  • Nas baterias , dois materiais com afinidades eletrônicas diferentes são usados ​​como eletrodos; elétrons fluem de um eletrodo para o outro fora da bateria, enquanto dentro da bateria o circuito é fechado pelos íons do eletrólito. Aqui, as reações do eletrodo convertem energia química em energia elétrica.
  • Em algumas células de combustível , um eletrólito sólido ou condutor de prótons conecta as placas eletricamente enquanto mantém os gases combustível hidrogênio e oxigênio separados.
  • Em tanques de galvanoplastia , o eletrólito deposita simultaneamente metal no objeto a ser revestido e conecta eletricamente esse objeto no circuito.
  • Em medidores de horas de operação, duas colunas finas de mercúrio são separadas por uma pequena lacuna preenchida com eletrólito e, conforme a carga passa pelo dispositivo, o metal se dissolve de um lado e as placas do outro, fazendo com que a lacuna visível lentamente siga em frente.
  • Em capacitores eletrolíticos, o efeito químico é usado para produzir um revestimento dielétrico ou isolante extremamente fino , enquanto a camada de eletrólito se comporta como uma placa de capacitor.
  • Em alguns higrômetros, a umidade do ar é detectada pela medição da condutividade de um eletrólito quase seco.
  • O vidro quente e amolecido é um condutor eletrolítico, e alguns fabricantes de vidro mantêm o vidro derretido ao passar uma grande corrente por ele.

Eletrólitos sólidos

Eletrólitos sólidos podem ser divididos principalmente em quatro grupos:

Veja também

Referências

links externos